JP2005144394A - Oxy-hydrogen gas combustion utilizing device and its method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水を電気分解して生成される水素と酸素の燃焼反応を利用して、更に大量の水素を産出する過程で、廃棄物処理や発電も同時に行える水酸素ガス燃焼利用装置、及びその方法に関する。 The present invention relates to a water oxygen gas combustion utilization apparatus capable of simultaneously processing waste and generating power in the process of producing a larger amount of hydrogen by using a combustion reaction of hydrogen and oxygen generated by electrolyzing water, and It relates to that method.
下記の特許文献には、水素と酸素の燃焼反応によって過熱蒸気を発生させ、これによってゴミ・廃棄物を加熱処理し、更には、余剰の熱エネルギーを発電に利用する技術が開示されている。
しかしながら、上記の加熱処理は専ら酸化反応によるものであり、この結果として二酸化炭素を生成する。また、水素は熱処理によって発生する炭素に結合して炭化水素を生成し、或いは空気中の酸素に再び結合して水蒸気となる。このような炭化水素又は水蒸気の用途は特に無く、従って水素の有効利用は現状の技術では成されていない。 However, the above heat treatment is exclusively due to an oxidation reaction, resulting in the production of carbon dioxide. In addition, hydrogen is combined with carbon generated by heat treatment to generate hydrocarbons, or is combined again with oxygen in the air to become water vapor. There is no particular application of such hydrocarbons or water vapor, and therefore effective use of hydrogen has not been achieved with the current technology.
本発明の目的は、水を電気分解して得られる水素と酸素に、有機物から得られるメタンガスを反応させて水素を産出する一方、水素と酸素の燃焼熱を利用してゴミ等の加熱処理を行える水酸素ガス燃焼利用装置、及びその方法を提供することにある。 The object of the present invention is to produce hydrogen by reacting methane gas obtained from organic matter with hydrogen and oxygen obtained by electrolyzing water, while heat treatment of dust and the like using the combustion heat of hydrogen and oxygen. An object of the present invention is to provide a water oxygen gas combustion utilization apparatus and method that can be used.
本発明に係る水酸素ガス燃焼利用装置は、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスを発生するバイオガス発生手段と、前記バイオガス発生手段に接続され前記バイオガスを内部へ導入する反応炉と、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する水酸素ガス発生手段と、前記水酸素ガス発生手段に接続され前記混合気を前記反応炉の内部にて燃焼させるガスバーナと、前記反応炉の内部に接続し二酸化炭素を吸収可能な二酸化炭素除去手段とを備え、前記ガスバーナが前記混合気を燃焼させる過程で、前記バイオガスと前記混合気との反応を誘起し、前記二酸化炭素除去手段が、前記反応に基づき発生する燃焼ガス中の二酸化炭素を吸収することを特徴とする。 A hydro-oxygen gas combustion utilization apparatus according to the present invention includes a biogas generating means for generating biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor, and a reaction furnace connected to the biogas generating means for introducing the biogas into the inside. Water oxygen gas generating means for electrolyzing water to generate a mixture of hydrogen and oxygen, a gas burner connected to the water oxygen gas generating means and combusting the mixture in the reaction furnace, A carbon dioxide removing means connected to the inside of the reaction furnace and capable of absorbing carbon dioxide, and in the process of burning the gas mixture, the gas burner induces a reaction between the biogas and the gas mixture, and the carbon dioxide The removing means absorbs carbon dioxide in the combustion gas generated based on the reaction.
また、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用装置は、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスを発生するバイオガス発生手段と、排気口を開放した反応炉と、前記バイオガスを加圧して前記反応炉の内部へ噴射するバイオガス噴射手段と、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する水酸素ガス発生手段と、該水酸素ガス発生手段に接続され前記混合気を前記反応炉の内部にて燃焼させるガスバーナと、前記反応炉の排気口に接続したタービン発電機とを備え、前記ガスバーナが前記混合気を燃焼させる過程で、前記バイオガスと前記混合気との反応を誘起し、前記反応に基づき発生する燃焼ガス中の二酸化炭素、及び水素を含む燃焼ガスが、前記反応炉の排気口から噴出することにより前記タービン発電機を回転させることを特徴とする。 Further, the hydro-oxygen gas combustion utilization apparatus according to the present invention includes a biogas generating means for generating biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor, a reactor having an open exhaust port, and pressurizing the biogas. Biogas injection means for injecting the inside of the reactor, water oxygen gas generation means for electrolyzing water to generate a mixture of hydrogen and oxygen, and the water oxygen gas generation means connected to the water oxygen gas generation means A gas burner to be burned inside the reaction furnace; and a turbine generator connected to an exhaust port of the reaction furnace. In the process in which the gas burner burns the mixture, the reaction between the biogas and the mixture is performed. The combustion generator containing carbon dioxide and hydrogen in the combustion gas that is induced and generated based on the reaction is ejected from the exhaust port of the reaction furnace to rotate the turbine generator. To.
更に、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用装置は、前記タービン発電機を回転させた前記燃焼ガス中の二酸化炭素を吸収する、二酸化炭素除去手段を備えることを特徴とする。 Furthermore, the water oxygen gas combustion utilization apparatus according to the present invention includes carbon dioxide removing means for absorbing carbon dioxide in the combustion gas obtained by rotating the turbine generator.
本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法は、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスを発生する工程と、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する工程と、前記混合気を燃焼させつつ前記混合気が燃焼する雰囲気中に前記バイオガスを導入する工程と、前記燃焼する混合気と前記バイオガスとの反応により二酸化炭素及び水素を含む燃焼ガスを発生する工程と、前記燃焼ガスの成分から水素を分離する工程とを含むことを特徴とする。 The method of using water oxygen gas combustion according to the present invention includes a step of generating a biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor, a step of electrolyzing water to generate a mixture of hydrogen and oxygen, and the mixture Introducing the biogas into an atmosphere in which the air-fuel mixture burns while burning the gas, generating a combustion gas containing carbon dioxide and hydrogen by a reaction between the combusted air-fuel mixture and the biogas, and Separating hydrogen from the components of the combustion gas.
また、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法は、有機物の燃焼残渣を前記混合気が燃焼する雰囲気中に投入する工程と、前記混合気が燃焼する燃焼熱により前記燃焼残渣を熱処理する工程と、前記雰囲気中から前記燃焼残渣を排出する工程とを含むことを特徴とする。 Further, the method of using water oxygen gas combustion according to the present invention includes a step of introducing an organic combustion residue into an atmosphere in which the air-fuel mixture burns, and a step of heat-treating the combustion residue with combustion heat generated by the air-fuel mixture. And a step of discharging the combustion residue from the atmosphere.
また、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法は、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスを発生する工程と、水を電気分解して水素と酸素の混合気を発生する工程と、前記混合気を燃焼させつつ前記混合気が燃焼する雰囲気中に前記バイオガス及び水を噴射する工程と、前記燃焼する混合気、前記バイオガス、及び水の反応により水蒸気、二酸化炭素、及び水素を含む燃焼ガスを発生する工程と、前記燃焼ガスによりタービン発電機を回転させる工程を含むことを特徴とする。 Further, the method of using water oxygen gas combustion according to the present invention includes a step of generating biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor, a step of electrolyzing water to generate a mixture of hydrogen and oxygen, Injecting the biogas and water into an atmosphere in which the air-fuel mixture burns while combusting the air-fuel mixture, and includes water vapor, carbon dioxide, and hydrogen due to a reaction of the air-fuel mixture, the biogas, and water The method includes a step of generating combustion gas, and a step of rotating a turbine generator by the combustion gas.
更に、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法は、前記燃焼ガスを復水する過程で前記燃焼ガスの成分の水素を分離する工程を含むことを特徴とする。 Furthermore, the water oxygen gas combustion utilization method according to the present invention includes a step of separating hydrogen as a component of the combustion gas in the process of condensing the combustion gas.
更に、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法は、有機物を醗酵させることにより前記バイオガスを発生することを特徴とする。又は、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法は、バイオマスに水蒸気を噴射することにより前記バイオガスを発生することを特徴とする。 Furthermore, the water oxygen gas combustion utilization method according to the present invention is characterized in that the biogas is generated by fermenting organic matter. Alternatively, the water oxygen gas combustion method according to the present invention is characterized in that the biogas is generated by injecting water vapor into the biomass.
本発明に係る水酸素ガス燃焼利用装置は、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスを反応炉の内部へ導入し、水を電気分解して得られる水素と酸素の混合気を燃焼することにより、燃焼炉の内部においてバイオガスと混合気との反応を誘起するものである。この反応によって、二酸化炭素に加え、最初の混合気に含まれる水素の4倍(モル比)に相当する水素を発生できるので、二酸化炭素のみを二酸化炭素除去手段が吸収すれば、高純度の水素を分離することができる。以上のように、電気分解に供するための水と、容易に調達できるメタンガスとを準備するだけで、高純度の水素を大量に生産できるので、水素の製造工程を簡略化することに加え、水素の製造コストを大幅に削減することができる。 A water oxygen gas combustion utilization apparatus according to the present invention introduces a biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor into a reaction furnace, and burns a mixture of hydrogen and oxygen obtained by electrolyzing water. This induces a reaction between the biogas and the gas mixture inside the combustion furnace. By this reaction, in addition to carbon dioxide, hydrogen corresponding to 4 times (molar ratio) of hydrogen contained in the initial gas mixture can be generated. Therefore, if carbon dioxide removal means absorbs only carbon dioxide, high purity hydrogen Can be separated. As described above, high-purity hydrogen can be produced in large quantities simply by preparing water for electrolysis and methane gas that can be easily procured. In addition to simplifying the hydrogen production process, The manufacturing cost can be greatly reduced.
また、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用装置によれば、ガスバーナが、混合気を燃焼させる過程でバイオガスと混合気の反応を誘起し、この反応に基づき発生する燃焼ガスが、反応炉の内部で圧力及び温度が上昇(容積一定)しつつ、反応炉の排気口から噴出する。燃焼ガスに含まれる水蒸気は、過熱蒸気であり膨張する過程で極めて高速の流体となるので、この水蒸気の運動エネルギーによってタービン発電機を良好に回転させて発電することができる。 Further, according to the hydro-oxygen gas combustion utilization apparatus according to the present invention, the gas burner induces a reaction between the biogas and the air-fuel mixture in the process of burning the air-fuel mixture, and the combustion gas generated based on this reaction is generated in the reactor. The pressure and temperature rise (constant volume) inside, and ejected from the exhaust port of the reactor. The steam contained in the combustion gas is superheated steam and becomes an extremely high-speed fluid in the process of expansion. Therefore, the turbine generator can be rotated well by the kinetic energy of the steam to generate electric power.
更に、二酸化炭素除去手段が、燃焼ガス中の二酸化炭素を吸収するよう構成すれば、高純度の水素を大量に生産し、既述の効果を奏することもできる。 Furthermore, if the carbon dioxide removing means is configured to absorb carbon dioxide in the combustion gas, high-purity hydrogen can be produced in large quantities, and the above-described effects can be achieved.
本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法によれば、水を電気分解して発生させた混合気を燃焼させつつ、この燃焼する雰囲気中に、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスを導入して、上記の燃焼過程にある混合気とバイオガスとを反応させることにより、二酸化炭素、及び水素を含む燃焼ガスを発生することができる。この燃焼ガス中の二酸化炭素を、例えば炭酸カルシウムのような吸収剤に吸収させることにより、高純度の水素を分離することができる。この分離して得られる水素の量は、最初の混合気に含まれる水素の4倍(モル比)に達することになる。 According to the water oxygen gas combustion utilization method according to the present invention, a biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor is introduced into the combustion atmosphere while burning an air-fuel mixture generated by electrolyzing water. Then, by reacting the air-fuel mixture and the biogas in the combustion process, combustion gas containing carbon dioxide and hydrogen can be generated. High-purity hydrogen can be separated by absorbing carbon dioxide in the combustion gas in an absorbent such as calcium carbonate. The amount of hydrogen obtained by the separation reaches 4 times (molar ratio) of hydrogen contained in the initial gas mixture.
従って、電気分解に供するための水と、容易に調達できるメタンガスとを準備するだけで、高純度の水素を大量に生産できるので、水素の製造工程を簡略化できることに加え、水素の製造コストの大幅に削減を図ることができる。 Therefore, high-purity hydrogen can be produced in large quantities simply by preparing water for electrolysis and methane gas that can be easily procured. In addition to simplifying the hydrogen production process, the production cost of hydrogen can be reduced. Significant reduction can be achieved.
更に、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法によれば、所謂生ゴミと称される可燃性の有機物を焼却処分した後に灰として残る燃焼残渣(無機塩類)を、水を電気分解して発生させた混合気を燃焼する際の強い酸化性の雰囲気中に投入し、この燃焼に伴う高熱によって燃焼残渣を加熱処理するので、燃焼残渣の更なる分解又は様態の変化を促進することができる。例えば、上記の高熱によって一旦溶融した燃焼残渣を再び冷却すると固化して収縮する。この状態で燃料残渣は不要に嵩張ることが無いので、その取扱いがし易くなり搬送するのにも便利である。また、固化した燃料残渣を粉砕すれば、これを土壌に還すことも容易である。 Furthermore, according to the method for utilizing water oxygen gas according to the present invention, combustion residues (inorganic salts) remaining as ash after incineration of combustible organic substances called so-called garbage are generated by electrolyzing water. Since the mixed gas mixture is put into a strong oxidizing atmosphere at the time of combustion and the combustion residue is heat-treated by the high heat accompanying this combustion, further decomposition of the combustion residue or change in the mode can be promoted. For example, when the combustion residue once melted by the high heat is cooled again, it solidifies and shrinks. In this state, the fuel residue does not become unnecessarily bulky, which makes it easy to handle and convenient to transport. Moreover, if the solidified fuel residue is pulverized, it can be easily returned to the soil.
従って、燃焼残渣を大量に投棄することで自然環境に悪影響を及ぼすという懸念を解消することができる。しかも、従来のように不要に嵩張る燃焼残渣を廃棄処分するために、例えば大規模な埋立地を建設したり、このような埋立地まで大量の燃料残渣を運搬する等の大掛かりな手間を省くことができる。 Therefore, it is possible to eliminate the concern that the combustion environment is adversely affected by discarding a large amount of combustion residues. Moreover, in order to dispose of unnecessarily bulky combustion residues as in the past, for example, construction of a large landfill site or transportation of a large amount of fuel residue to such landfill site is saved. Can do.
本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法によれば、水を電気分解して発生させた混合気を燃焼させつつ、この燃焼する雰囲気中に、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスに加えて水を噴射して、上記の燃焼過程にある混合気とバイオガスと水とを反応させることにより、水蒸気、二酸化炭素、及び水素を含む燃焼ガスを発生することができる。この燃焼ガスに含まれる水蒸気は、過熱蒸気であり膨張する過程で極めて高速の流体となるので、この水蒸気の運動エネルギーによってタービン発電機を良好に回転させて発電することができる。同発電によって得られる電力はあらゆる使途が考えられるが、その一部を水の電気分解に供する電力として利用することもできる。 According to the water oxygen gas combustion utilization method according to the present invention, while burning an air-fuel mixture generated by electrolyzing water, in addition to the biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor, in the combustion atmosphere By injecting water and reacting the air-fuel mixture, biogas and water in the above combustion process, combustion gas containing water vapor, carbon dioxide and hydrogen can be generated. The steam contained in the combustion gas is superheated steam and becomes a very high-speed fluid in the process of expansion. Therefore, the turbine generator can be rotated well by the kinetic energy of the steam to generate electric power. The power generated by the power generation can be used for any purpose, but part of it can be used as power for water electrolysis.
更に、燃焼ガスを復水する過程で燃焼ガス中の二酸化炭素を、例えば炭酸カルシウムのような吸収剤に吸収させるよう構成しても良い。この場合、燃焼ガスから分離できる水素の量は、最初の混合気に含まれる水素の4倍(モル比)に達するので、既述の効果を奏することができる。 Furthermore, you may comprise so that the carbon dioxide in a combustion gas may be absorbed in an absorber like calcium carbonate in the process of condensing a combustion gas. In this case, since the amount of hydrogen that can be separated from the combustion gas reaches four times (molar ratio) of hydrogen contained in the initial gas mixture, the above-described effects can be achieved.
更に、本発明に係る水酸素ガス燃焼利用方法によれば、有機物として所謂生ゴミ等を収集し、これを醗酵させるだけでバイオガスを発生し、これに含まれるメタンガスを利用できるので、メタンの産出に殆どコストを費やすことがない。或いは、バイオマスに水蒸気を噴射することによりバイオガスを発生するので、所謂生ゴミ等からメタンを得る場合に比較して、メタンを安定して供給できる。これにより、水素を製造する量又は発電電力の増減に応じて、これに必要となるメタンを迅速且つ確実に調達することができる。 Furthermore, according to the method of using hydro-oxygen gas according to the present invention, so-called raw garbage is collected as an organic substance, biogas is generated simply by fermentation, and methane gas contained therein can be used. Almost no cost is spent on production. Alternatively, since biogas is generated by injecting water vapor into biomass, methane can be supplied more stably than when methane is obtained from so-called garbage. As a result, methane required for this can be quickly and reliably procured in accordance with the amount of hydrogen produced or the increase or decrease in generated power.
以下に、本発明に係る実施形態として、水を電気分解して生成されるモル比が2対1の水素と酸素の混合気(以下で「水酸素ガス」と略す。)に加えて、メタンガスを利用した水素の製造、廃棄物の処理、及び発電に係る技術を順次説明する。 Hereinafter, as an embodiment according to the present invention, in addition to a mixture of hydrogen and oxygen having a molar ratio of 2 to 1 produced by electrolyzing water (hereinafter abbreviated as “water oxygen gas”), methane gas The technology related to hydrogen production, waste treatment, and power generation using the power generation will be explained in order.
図1に概略を示すように、実施例1の水酸素ガス燃焼利用装置10は、メタン、二酸化炭素、及び水蒸気を含むバイオガスを発生するバイオガス発生手段1と、バイオガス発生手段1に接続されバイオガスを内部へ導入する反応炉2と、水を電気分解して水酸素ガスを発生する水酸素ガス発生手段3と、水酸素ガス発生手段3に接続され水酸素ガスを反応炉2の内部にて燃焼させるガスバーナ4と、反応炉2の内部に接続し二酸化炭素を吸収可能な二酸化炭素除去手段5とを備えるものである。
As schematically shown in FIG. 1, a hydro-oxygen gas
バイオガス発生手段1は、有機物を投入可能な密閉された醗酵槽であり、上記の生ゴミの醗酵が進行するに従って発生するメタンガス及び蒸気を、バイオガスとして反応炉2へ送出するものである。ここで、有機物とは、家庭等から排出される所謂生ゴミと称される可燃性の廃棄物を広く意味する。反応炉2は、その側壁にガスバーナ4を貫通させると共に、バイオガスを導入するための導入経路21と排気口22を各々設けた容器を主体とするものである。水酸素ガス発生手段3は、詳細な図示を省略しているが、陽電極及び陰電極を内装した電解槽に水を導入し、これらの陽電極及び陰電極に電位差を付与して水を電気分解することにより、水酸素ガスを発生するものである。水酸素ガスは、水酸素ガス発生手段3から水素と酸素が混合したままの状態でガスバーナ4まで到達する。ガスバーナ4はそのノズルみのを図に表し、点火装置、逆火防止具、流量調整弁、及び開閉弁等については図示を省略している。
The biogas generating means 1 is a sealed fermentation tank into which organic substances can be charged, and sends methane gas and steam generated as the above-described fermentation of raw garbage proceeds to the
水酸素ガス燃焼利用装置10によれば、ガスバーナ4によって水酸素ガスが燃焼される過程で、水酸素ガスの燃焼熱が、バイオガスと水酸素ガスとの反応を誘起し、この反応に基づき発生する二酸化炭素を二酸化炭素除去手段5が吸収することができる。詳しくは次の通りである。
According to the hydro-oxygen gas
先ず、上記に例示した有機物をバイオガス発生手段1に投入し、所定時間が経過すると有機物の醗酵が進行することにより、上記のバイオガスが徐々に発生する。そして、バイオガスの発生量が増加しバイオガス発生手段1に蓄積されたバイオガスが、所定の気圧に達したところで、バイオガス発生手段1からバイオガスを反応炉2の内部へ噴出する。以上のように有機物として所謂生ゴミ等を収集し、これを醗酵させるだけで容易に得られるバイオガスの成分のメタンガスを利用するので、メタンの産出に殆どコストを費やすことがない。一方、水酸素ガス発生手段3により水を電気分解して、水素と酸素から成る水酸素ガスを発生する。この水酸素ガスをガスバーナ4から反応炉2の内部へ噴射しつつ燃焼させる。水酸素ガスの燃焼は摂氏2,000〜3,000度に達する強い酸化反応である。また、この燃焼は空気中の酸素を消費することなく進行するので、反応炉2の内部には空気を供給しなくても良い。
First, the organic substance exemplified above is put into the biogas generating means 1, and when the predetermined time has elapsed, the fermentation of the organic substance proceeds to gradually generate the biogas. When the amount of biogas generated increases and the biogas accumulated in the biogas generation means 1 reaches a predetermined pressure, the biogas is ejected from the biogas generation means 1 into the
以上に述べた水酸素ガスの燃焼熱によって反応炉2の内部の温度は急上昇し、同時に、水酸素ガスの燃焼に伴い生成する過熱蒸気によって反応炉2の内部が満たされる。以上に述べた反応炉2の内部においては、概ね水酸素ガスの成分である水素と酸素が直接に反応して過熱蒸気を発生する段階と、この過熱蒸気がバイオガスと混合しつつ、水酸素ガスの燃焼熱によってバイオガスに含まれるメタンが酸化される段階とを経て、最終的に水素と二酸化炭素を主成分とする燃焼ガスが発生する。以上の反応を継続させると、反応炉2の内部の気圧が上昇するので、燃焼ガスは排気口22を経て反応炉2の外部へ放出(膨張)する。更に、燃焼ガス中の二酸化炭素は、二酸化炭素除去手段5により吸収される。これにより、高純度の水素だけを燃焼ガスから分離することができる。
The temperature inside the
二酸化炭素除去手段5とはして、炭酸カルシウムの水溶液を水槽に貯留したものを適用しても良い。この場合、炭酸カルシウムの水溶液中を、細かい気泡状にした燃焼ガスを通過させることにより、二酸化炭素の迅速且つ確実な吸収を促すことができる。この他、燃焼ガスの成分の水素だけを水素吸蔵合金に吸収させて、二酸化炭素と水素とを分離した後、水素吸蔵合金から可逆的に水素を排出するようにしても良い。
As the carbon
以上の工程を経て産出される水素の量は、最初の水酸素ガスに含まれる水素の4倍(モル比)に達することになる。従って、水酸素ガス燃焼利用装置10によれば、電気分解に供するための水と、容易に調達できるメタンガスとを準備するだけで、高純度の水素を大量に生産できるので、水素の製造工程を簡略化することに加え、水素の製造コストの大幅な削減を図ることができる。
The amount of hydrogen produced through the above steps reaches four times (molar ratio) that of hydrogen contained in the first hydro-oxygen gas. Therefore, according to the hydro-oxygen gas
図2は、実施例2の水酸素ガス燃焼利用装置20の概略を示している。実施例1の構成として既述の要素については、同符号を付してその詳細な説明を省略する。
FIG. 2 shows an outline of the hydro-oxygen gas
実施例2の水酸素ガス燃焼利用装置20は、反応炉2の底部に燃焼残渣6を投入できるよう構成したものである。燃焼残渣6とは、所謂生ゴミ等の有機物を焼却処分した後に残る灰等の無機塩類である。水酸素ガス燃焼利用装置20においては、反応炉2の内部に供給可能な熱量の増大を図るために、反応炉2の両側壁に一対のガスバーナ4を各々配置している。水酸素ガス発生手段3にて発生された水酸素ガスは分配器31を経て分岐し、一対のガスバーナ4へ均等に各々分配される。
The hydro-oxygen gas
バイオガスを発生する手段としては実施例1と同様の構成を適用しても良いが、実施例2においてはバイオガス発生手段11を適用する。バイオガス発生手段11は、バイオマスに適量の温水を供給することにより、バイオマスの醗酵を促進し大量の二酸化炭素を発生するものである。上記の温水は、水酸素ガス発生手段3で電気分解される過程で加熱される水の一部を利用する。また、温水は、圧縮機12を用いてバイオマスへ向けて噴射されることが好ましい。バイオマスとは、有機物を濃縮して固形化したものである。このようなバイオマスをバイオガスの原料として適用した場合、所謂生ゴミを原料とした場合に比較して、それに含まれる高濃度な有機物の醗酵速度を人為的に制御するのが容易であり、更には保管、搬送、及び計量時の取扱いも便利であるという利点が得られる。バイオマスの醗酵が進行するに従って発生するバイオガスが反応炉2へ送出される点は、既述の通りである。
As a means for generating biogas, the same configuration as in the first embodiment may be applied, but in the second embodiment, the biogas generating means 11 is applied. The biogas generation means 11 promotes fermentation of biomass and generates a large amount of carbon dioxide by supplying an appropriate amount of warm water to the biomass. The hot water uses a part of water heated in the process of being electrolyzed by the water oxygen gas generating means 3. Moreover, it is preferable that warm water is injected toward biomass using the
水酸素ガス燃焼利用装置20によれば、水酸素ガスを燃焼する際の強い酸化性の雰囲気中に燃焼残渣6を投入し、水酸素ガスの燃焼に伴う高温の燃焼熱によって燃焼残渣6を加熱処理して、燃焼残渣6の更なる分解又は様態の変化を促進することができる。例えば、高温の燃焼熱によって燃焼残渣6を溶融し、これを反応炉2から取り出してから再び冷却すると、燃焼残渣6は固化して収縮することになる。この様態をガラス化物と称する。図中に表したガラス化物7は、上記の通り固化し収縮しているので、反応炉2からスラグとして取り出しても殆ど嵩張ることがなく、その取扱いは極めて容易である。しかも、ガラス化物7は固形であるため搬送するのが便利であり、またガラス化物7を粉砕すれば、これを短期間で土壌に還すこともできる。
According to the hydro-oxygen gas
従って、燃焼残渣6を大量に投棄することで自然環境に悪影響を及ぼすという懸念を解消することができる。しかも、従来のように不要に嵩張る燃焼残渣6を廃棄処分したり、これを運搬する等の大掛かりな手間を省くことができる。また、反応炉2の燃焼熱を、例えばバイオマスの醗酵を促すための保温用の熱源として利用したり、又は余熱ボイラの熱源としても利用することもできる。
Therefore, it is possible to eliminate the concern of having a bad influence on the natural environment by dumping a large amount of the
図3に概略を示すように、実施例3の水酸素ガス燃焼利用装置30は、バイオガス発生手段1と、燃焼ガスを高速で噴出可能な排気口22を開放した反応炉2と、バイオガスを加圧して反応炉2の内部へ噴射するバイオガス噴射手段13と、水酸素ガス発生手段3と、温水を加圧して反応炉2の内部へ噴射する給水手段32と、ガスバーナ4と、反応炉2の排気口22に接続したタービン発電機8と、図に表していない既述の二酸化炭素除去手段5とを備えるものである。バイオガス噴射手段13は、バイオガス発生手段1にて発生するバイオガスを反応炉2へ圧送する圧縮機である。給水手段32は、水酸素ガス発生手段3で電気分解される過程で加熱される水の一部を、反応炉2の内部へ向けて圧送する圧縮機である。
As schematically shown in FIG. 3, the hydro-oxygen gas
水酸素ガス燃焼利用装置30によれば、ガスバーナ4が、水酸素ガスを燃焼させる過程でバイオガスと水酸素ガスとの反応を誘起し、この反応に基づき発生する二酸化炭素、及び水素を含む燃焼ガスが、反応炉2の排気口22から作動ガスとして噴出することによりタービン発電機8を回転させるよう構成したものである。詳しくは次の通りである。
According to the hydro-oxygen gas
即ち、水酸素ガス燃焼利用装置30は、バイオガス発生手段1にて発生させた水酸素ガスを反応炉2の内部にて燃焼させつつ、この燃焼する雰囲気中に、バイオガス噴射手段13によりバイオガスを噴射することに加えて、給水手段32により水を噴射するので、上記の燃焼過程にある水酸素ガスとバイオガスに加え、更に水を反応させることができる。この反応により、水蒸気、二酸化炭素、及び水素を含む作動ガスが反応炉2の内部に発生することになる。作動ガスに含まれる水蒸気は過熱蒸気である。従って、この水蒸気が膨張する過程で極めて高速の流体となるので、この水蒸気が排気口22から噴出する運動エネルギーによってタービン発電機8を良好に回転させて発電することができる。
That is, the water oxygen gas
以上の発電によって得られる電力はあらゆる使途が考えられるが、その一部を水酸素ガス発生手段3が水の電気分解に供する電力として利用することもできる。更に、上記の作動ガスを復水する過程で作動ガスの成分の二酸化炭素を、図に表れていない二酸化炭素吸収手段により吸収させても良い。この場合、作動ガスから分離できる水素の量は、最初の水酸素ガスに含まれる水素の4倍(モル比)に達するので、既述の効果を奏することができる。 The electric power obtained by the above power generation can be used for all purposes, but a part of the electric power can be used as electric power that the water oxygen gas generating means 3 provides for electrolysis of water. Furthermore, in the process of condensing the working gas, carbon dioxide as a component of the working gas may be absorbed by a carbon dioxide absorbing means not shown in the figure. In this case, the amount of hydrogen that can be separated from the working gas reaches four times (molar ratio) that of hydrogen contained in the first hydro-oxygen gas, so that the effects described above can be achieved.
本発明に係る水酸素ガス燃焼利用装置及びその方法によれば、家庭等から廃棄される所謂生ゴミ等を有機物として有効活用することができ、更には有機物を醗酵して得られるバイオガスと水酸素ガスとを反応させることにより、高純度の水素を低コストで製造することができる。しかも、生ゴミ等を焼却処分した後に尚も残る焼却残渣を、バイオガスと水酸素ガスとを反応させる過程で放射される高熱にて加熱溶融することにより、焼却残渣の処分を容易なものとすることができる。 According to the hydro-oxygen gas combustion utilization apparatus and method therefor according to the present invention, so-called raw garbage and the like discarded from homes and the like can be effectively used as organic matter, and furthermore, biogas and water obtained by fermenting organic matter By reacting with oxygen gas, high-purity hydrogen can be produced at low cost. In addition, the incineration residue still left after incineration of raw garbage etc. is heated and melted by the high heat radiated in the process of reacting biogas and water oxygen gas, making it easy to dispose of the incineration residue. can do.
また、バイオガスと水酸素ガスとの反応により発生する高圧の水蒸気は発電にも利用できるので、これによって得られる電力を、例えば当該水酸素ガス燃焼利用装置を設置する施設等のエネルギー源として利用しても良く、更には余剰の電力を利用して、水酸素ガスの発生に供する水を電気分解しても良い。 In addition, since the high-pressure steam generated by the reaction between biogas and water oxygen gas can be used for power generation, the electric power obtained by this can be used as an energy source for facilities installed with the water oxygen gas combustion utilization device, for example. Alternatively, the water used for the generation of the water oxygen gas may be electrolyzed using surplus power.
1:バイオガス発生手段
2:反応炉
3:水酸素ガス発生手段
4:ガスバーナ
5:二酸化炭素除去手段
6:燃焼残渣
7:ガラス化物
8:タービン発電機
10,20,30:水酸素ガス燃焼利用装置
11:バイオガス発生手段
22:排気口
32:給水手段
1: Biogas generation means 2: Reactor 3: Water oxygen gas generation means 4: Gas burner 5: Carbon dioxide removal means 6: Combustion residue 7: Vitrified material 8:
Claims (9)
前記ガスバーナが前記混合気を燃焼させる過程で、前記バイオガスと前記混合気との反応を誘起し、前記二酸化炭素除去手段が、前記反応に基づき発生する燃焼ガス中の二酸化炭素を吸収することを特徴とする水酸素ガス燃焼利用装置。 Biogas generation means for generating biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor; a reactor connected to the biogas generation means for introducing the biogas into the interior; A water-oxygen gas generating means for generating a gas mixture, a gas burner connected to the water-oxygen gas generating means and combusting the gas mixture inside the reactor, and connected to the reactor to absorb carbon dioxide Carbon dioxide removal means,
In the process in which the gas burner burns the air-fuel mixture, a reaction between the biogas and the air-fuel mixture is induced, and the carbon dioxide removal means absorbs carbon dioxide in the combustion gas generated based on the reaction. A water oxygen gas combustion utilization device.
前記ガスバーナが前記混合気を燃焼させる過程で、前記バイオガスと前記混合気との反応を誘起し、前記反応に基づき発生する燃焼ガス中の二酸化炭素、及び水素を含む燃焼ガスが、前記反応炉の排気口から噴出することにより前記タービン発電機を回転させることを特徴とする水酸素ガス燃焼利用装置。 Biogas generating means for generating biogas containing methane, carbon dioxide, and water vapor; a reaction furnace having an exhaust port open; and a biogas injection means for pressurizing the biogas and injecting it into the reaction furnace; Water oxygen gas generating means for electrolyzing water to generate a mixture of hydrogen and oxygen, a gas burner connected to the water oxygen gas generating means and combusting the mixture in the reactor, and the reactor A turbine generator connected to the exhaust port of the
In the process in which the gas burner burns the air-fuel mixture, a reaction between the biogas and the air-fuel mixture is induced, and a combustion gas containing carbon dioxide and hydrogen in the combustion gas generated based on the reaction is the reactor. A hydro-oxygen gas combustion utilization apparatus, wherein the turbine generator is rotated by being ejected from an exhaust port of the water.
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